DE19833123A1 - Adherent cubic boron nitride layer production, especially for iron alloy machining tools or optical components, comprises initially depositing an adhesion promoting boron nitride layer by pulsed laser deposition - Google Patents
Adherent cubic boron nitride layer production, especially for iron alloy machining tools or optical components, comprises initially depositing an adhesion promoting boron nitride layer by pulsed laser depositionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Borni tridschichtsystemen, Bornitridschichtsysteme und die Verwendung der ionengestützten Laserpulsabscheidung zur Herstellung von Bornitridschichtsystemen nach den Oberbegriffen der Patent ansprüche 1, 8 und 11.The invention relates to methods for producing Borni trid layer systems, boron nitride layer systems and the use the ion-assisted laser pulse deposition for the production of Boron nitride layer systems according to the generic terms of the patent claims 1, 8 and 11.
Aufgrund seiner vielfach einzigartigen Eigenschaften, wie der hohen Härte, der hohen thermischen Leitfähigkeit, der hohen Beständigkeit gegenüber chemischen Reaktionen, der hohen ther mischen Stabilität, dem hohen Brechungsindex und der großen optischen Energiebandlücke, ist das kubische Bornitrid von großem Interesse für vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, bei spielsweise als Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten oder als optische Vergütungsschichten. Insbesondere im Vergleich zum Einsatz von Diamant als verschleißminderndes Material bietet das kubische Bornitrid den Vorteil, daß es sich auch als Ver schleißschutz von Werkzeugen für die Bearbeitung von Eisenle gierungen eignet und aufgrund seiner höheren Temperaturbestän digkeit auch bei höheren Temperaturen bis 1300°C eingesetzt werden kann.Because of its many unique properties, such as the high hardness, high thermal conductivity, high Resistance to chemical reactions, the high ther mix stability, the high refractive index and the large one optical energy band gap, is the cubic boron nitride of great interest in diverse applications, at for example as wear and corrosion protection layers or as optical coating layers. Especially compared to Use of diamond as a wear-reducing material offers the cubic boron nitride has the advantage that it can also be used as a ver wear protection of tools for the machining of Eisenle Suitable and due to its higher temperature resistance used even at higher temperatures up to 1300 ° C can be.
In den letzten Jahren sind beachtliche Fortschritte bei der Er zeugung dieses Materials in Form dünner Schichten erzielt wor den. Die Abscheidung von nahezu phasenreinen c-BN-Schichten wurde mit den verschiedensten ionengestützten Abscheideverfah ren demonstriert, hierzu zählen die ionengestützte Elektronen strahlverdampfung (D.J. Kester, K.S. Ailey, R.F. Davis, Diamond and Related Materials, 3 -1994- 332), die ionengestützte Laser pulsabscheidung (G. Reisse, S. Weissmantel, B. Keiper, A. We ber, Appl. Surf. Sci. 108 -1997- 9), die HF-Magnetronzerstäu bung (J. Hahn, M. Friedrich, R. Pintaske, M. Schaller, N. Kahl, D.R.T. Zahn, F. Richter, Diamond and Related Materials, 5 -1996- 1103), die Katoden- bzw. Hohlkatodenbogenverdampfung (K.L. Barth, A. Neuffier, J. Ulmer, A. Lunk, Diamond and Re lated Materials, 5 -1996- 1270) sowie die plasmagestützte Ab scheidung aus der Gasphase bei gleichzeitigem Ionenbeschuß der aufwachsenden Schichten (M. Kuhr, S. Reinke, W. Kulisch, Surf. Coat. Technol. 74/75 -1995- 806). Als Substratmaterial wurde zumeist Silicium verwendet, jedoch ist die Abscheidung von c-BN-Schichten auch auf einer Vielzahl anderer Materialien (u. a. Diamant, Molybdän, Stahl, Hartmetall) gelungen. Wesent lich für die Nukleation und das Wachstum der c-BN-Phase ist eine intensive Einwirkung von energetischen Ionen während des Schichtwachstums, eine für die Bildung stöchiometrischer Schichten ausreichende Zufuhr von Stickstoff in die Schichten und eine erhöhte Subtrattemperatur von über 160°C. Dabei setzt die Nukleation des c-BN erst nach der Bildung einer h-BN-Zwi schenschicht mit spezieller Orientierung der c-Achse parallel zur Substratoberfläche ein.There has been considerable progress in Er in recent years generation of this material in the form of thin layers the. The deposition of almost phase-pure c-BN layers was used with a wide variety of ion-assisted separation processes demonstrated, including ion-supported electrons jet evaporation (D.J. Kester, K.S. Ailey, R.F. Davis, Diamond and Related Materials, 3 -1994- 332), the ion-assisted laser pulse separation (G. Reisse, S. Weissmantel, B. Keiper, A. We ber, Appl. Surf. Sci. 108 -1997-9), the RF magnetron atomizer exercise (J. Hahn, M. Friedrich, R. Pintaske, M. Schaller, N. Kahl, D.R.T. Zahn, F. Richter, Diamond and Related Materials, 5 -1996- 1103), the cathode or hollow cathode arc evaporation (K.L. Barth, A. Neuffier, J. Ulmer, A. Lunk, Diamond and Re lated Materials, 5 -1996- 1270) and the plasma-supported Ab separation from the gas phase with simultaneous ion bombardment of the growing layers (M. Kuhr, S. Reinke, W. Kulisch, Surf. Coat. Technol. 74/75 -1995- 806). As a substrate material mostly silicon, but the deposition of c-BN layers also on a variety of other materials (including diamond, molybdenum, steel, hard metal). Essential is for the nucleation and growth of the c-BN phase an intense exposure to energetic ions during the Layer growth, one for stoichiometric formation Layers sufficient supply of nitrogen to the layers and an increased substrate temperature of over 160 ° C. Doing so the nucleation of the c-BN only after the formation of an h-BN-Zwi layer with a special orientation of the c-axis parallel to the substrate surface.
Infolge des notwendigen starken Ionenbeschusses der aufwa chsenden Schichten besitzen c-BN-Schichten hohe kompressive Spannungen von einigen bis zu einigen 10 GPa. In Verbindung mit der h-BN-Zwischenschicht führen diese hohen Spannungen bisher zu einer schlechten Haftfestigkeit der cBN-Schichten. So stellt derzeit selbst die Abscheidung von haftfesten c-BN-Schichten mit Dicken von wenigen 100 nm ein großes Problem dar.As a result of the necessary strong ion bombardment of the aufwa Subsequent layers have high compressive layers Voltages from a few to a few 10 GPa. Combined with The h-BN intermediate layer has so far been subject to these high voltages poor adhesion of the cBN layers. So poses currently even the deposition of adhesive c-BN layers with a thickness of a few 100 nm is a major problem.
Der in den Patentansprüchen 1, 8 und 11 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, Bornitridschichten mit hoher Haft festigkeit auf elektrisch leitenden, halbleitenden oder isolie renden Substraten, insbesondere auf Werkzeugen oder optischen Bauelementen zu erzeugen. The invention specified in claims 1, 8 and 11 is the problem underlying boron nitride layers with high adhesion strength on electrically conductive, semiconducting or insulation renden substrates, especially on tools or optical Generate components.
Dieses Probleme wird mit den in den Patentansprüchen 1, 8 und 11 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with that in claims 1, 8 and 11 Features listed solved.
Das Verfahren dient der Herstellung von Bornitridschichtsys temen mit hoher Haftfestigkeit insbesondere für verschleißarme und/oder chemisch resistente Schichten auf elektrisch leiten den, halbleitenden oder isolierenden Substrat- oder Körperober flächen mittels Verwendung der ionengestützten Laserpulsab scheidung.The process is used to manufacture boron nitride layer systems systems with high adhesive strength, especially for low-wear and / or conduct chemically resistant layers on electrically the, semiconducting or insulating substrate or body upper areas by using the ion-assisted laser pulse divorce.
Der erhöhten Haftfestigkeit dient eine haftvermittelnde Bor nitridschicht (l-BN-Schicht), auf die eine kubische Bornitrid schicht mit für Anwendungszwecke ausreichend hoher Schichtdicke abgeschieden wird. Diese haftvermittelnde Bornitridschicht (l-BN-Schicht) führt zu einer wesentlichen Steigerung der Haft festigkeit der kubischen Bornitridschicht. Dabei kommt eine ionengestützte Laserpulsabscheidung zum Einsatz, wobei die Bornitridschicht mittels Excimer- und CO2-TEA-Laserstrahlpuls abtrag von Bor- oder Bornitridtargets bei gleichzeitigem kon tinuierlichen Stickstoff- oder Stickstoff/Argon-Ionenbeschuß der aufwachsenden Schichtoberfläche erzeugt wird. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine hohe momentane Aufwachsrate infolge eines gepulsten Teilchenstromes hoher In tensität bei relativ hohen Teilchenenergien gewählt wird, die eine hohe Materialdichte, ein nahezu zweidimensionales Wachstum und damit eine geringe Oberflächenrauhigkeit bewirkt, eine davon unabhängige Beeinflussung des Schichtwachstums durch die kontinuierliche Ioneneinwirkung auf die aufwachsende Schicht erfolgt sowie die Möglichkeit der Erzeugung einer speziellen haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) vorhanden ist.The increased adhesive strength is provided by an adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer), onto which a cubic boron nitride layer is deposited with a layer thickness that is sufficiently high for application purposes. This adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) leads to a substantial increase in the adhesive strength of the cubic boron nitride layer. An ion-assisted laser pulse deposition is used, the boron nitride layer being produced by excimer and CO 2 TEA laser beam pulse removal of boron or boron nitride targets with simultaneous continuous nitrogen or nitrogen / argon ion bombardment of the growing layer surface. The process is characterized in particular by the fact that a high instantaneous growth rate due to a pulsed particle stream of high intensity is selected at relatively high particle energies, which causes a high material density, an almost two-dimensional growth and thus a low surface roughness, an independent influence on the layer growth by the ion continuously acts on the growing layer and there is the possibility of producing a special adhesion-promoting boron nitride layer (1-BN layer).
Ergebnis ist ein Bornitridschichtsystem mit hoher Haftfestig keit vor allem für Werkzeuge, dessen Eigenschaften mit denen des Diamants vergleichbar ist. Ein derartiges Schichtsystem ist auch zur Bearbeitung von Eisenlegierungen geeignet. Weiterhin besitzt dieses Schichtsystem eine höhere Temperaturbeständig keit als Diamant. Trockenbearbeitungen sind möglich, so daß beispielsweise strahlungsbelastete Gegenstände bei Minimierung der Abfallprodukte bearbeitbar sind.The result is a boron nitride layer system with high adhesive strength especially for tools whose properties match those of the diamond is comparable. Such a layer system is also suitable for machining iron alloys. Farther this layer system has a higher temperature resistance diamond. Dry machining is possible so that for example, objects subject to radiation when minimized the waste products are editable.
Für die Herstellung interferenzoptischer Schichtsysteme aus einem Material ist der Brechzahlunterschied zwischen hexago nalen Bornitridschichten (n = 1,7. . .1,9 je nach Einstrahlrich tung der elektromagnetischen Welle) und kubischen Bornitrid schichten (n = 2,1) sowie die großen optischen Energieband lücken von 5,4 eV (h-BN) und 6,4 eV (c-BN) nutzbar.For the manufacture of interference optical layer systems a material is the difference in refractive index between hexago nal boron nitride layers (n = 1.7. .1.9 depending on the direction of radiation device of the electromagnetic wave) and cubic boron nitride layers (n = 2.1) as well as the large optical energy band gaps of 5.4 eV (h-BN) and 6.4 eV (c-BN) can be used.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 2 bis 7, 9 und 10 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 2 to 7, 9 and 10 specified.
Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, die Ver fahrensschritte ohne Unterbrechung in einer Bearbeitungsanlage durchzuführen. Damit sind die einzelnen technologischen Verfah rensschritte zur Herstellung der Werkstücke, Werkzeuge oder optischen Bauelemente ohne zeitliche Unterbrechungen durchführ bar, so daß diese ökonomisch günstig herstellbar sind.The training according to claim 2 enables the Ver steps without interruption in a processing system perform. This means that the individual technological processes steps for the production of workpieces, tools or optical components without interruptions in time bar, so that they can be produced economically.
Günstige Ausgestaltungen der einzelnen Schritte des Verfahrens zur Herstellung von Bornitridschichtsystemen mit hoher Haft festigkeit, insbesondere zum einen für verschleißarme und/oder chemisch resistente oder zum anderen für optische Schichten auf elektrisch leitenden, halbleitenden oder isolierenden Substrat- oder Körperoberflächen insbesondere von Werkstücken, Werkzeugen oder optischen Bauelementen sind in den Weiterbildungen der Patentansprüche 3 bis 7 aufgeführt.Favorable configurations of the individual steps of the process for the production of boron nitride layer systems with high adhesion strength, in particular for wear-resistant and / or chemically resistant or on the other hand for optical layers electrically conductive, semiconducting or insulating substrate or body surfaces, in particular of workpieces, tools or optical components are in the developments of Claims 3 to 7 listed.
Die Weiterbildungen der Patentansprüche 9 und 10 führen zu an wenderspezifischen Bornitridschichtsystemen.The further developments of claims 9 and 10 lead to user-specific boron nitride layer systems.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben. Embodiments of the invention are described in more detail below described.
Das Verfahren zur Herstellung von Bornitridschichtsystemen mit hoher Haftfestigkeit ist in einem ersten Ausführungsbeispiel insbesondere zum einen für die Erzeugung verschleißarmer und/ oder chemisch resistenter oder zum anderen für die Erzeugung optischer Schichten auf elektrisch leitenden, halbleitenden oder isolierenden Substrat- oder Körperoberflächen, insbeson dere von Werkstücken, Werkzeugen oder optischen Bauelementen, geeignet.The process for the production of boron nitride layer systems with high adhesive strength is in a first embodiment in particular for the generation of low-wear and / or more chemically resistant or secondly for production optical layers on electrically conductive, semiconducting or insulating substrate or body surfaces, in particular of workpieces, tools or optical components, suitable.
Zuerst wird in einer Vakuumbeschichtungsanlage die zu beschich tende Substrat- oder Körperoberfläche durch Argonionenbeschuß bei Ionenenergien im Energiebereich von 200 bis 5000 eV und bei Ionenstromdichten von mehr als 50 µA/cm2 gereinigt und akti viert.First, the substrate or body surface to be coated is cleaned and activated by argon ion bombardment at ion energies in the energy range from 200 to 5000 eV and at ion current densities of more than 50 μA / cm 2 in a vacuum coating system.
Zeitlich unmittelbar anschließend und ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgt mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung von einem Bornitridtarget mittels über die Targetoberfläche bewegten fokussierten Excimerlaserstrahlen mit Energiefluenzen auf der Targetoberfläche von mehr als 5 J/cm2 entweder ohne Ionenbeschuß in Stickstoffatmosphäre, in Stickstoff/Edelgas atmosphäre, im Stickstoffplasma im Stickstoff/Edelgasplasma oder bei gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas- Ionenbeschuß mit einem Verhältnis von auf die Schichtoberfläche auftreffenden Ionen zu Targetatomen kleiner 1 die Abscheidung einer haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) mit amorpher bis turbostratischer kristalliner Struktur.Immediately afterwards and without interrupting the vacuum, ion-assisted laser pulse deposition takes place from a boron nitride target by means of focused excimer laser beams with energy fluences on the target surface of more than 5 J / cm 2, either without ion bombardment in a nitrogen atmosphere, in a nitrogen / noble gas atmosphere, in a nitrogen plasma Nitrogen / noble gas plasma or with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment with a ratio of ions impinging on the layer surface to target atoms less than 1, the deposition of an adhesion-promoting boron nitride layer (I-BN layer) with an amorphous to turbostratic crystalline structure.
Das Substrat in Form eines optischen Bauelements besteht aus Silicium, Siliciumoxid oder BK7-Glas. Der Körper als Werkstück oder Werkzeug besteht aus Stahl oder Hartmetall.The substrate in the form of an optical component consists of Silicon, silicon oxide or BK7 glass. The body as a workpiece or tool is made of steel or hard metal.
Bei der Beschichtung von Substraten aus Silicium erfolgt die Abscheidung entweder unter Umgebungstemperaturen oder mit einer Temperatur der Substratoberfläche von größer 150°C und von Kör pern aus Stahl bei Umgebungstemperaturen. In den Fällen der Be schichtung unter Umgebungstemperaturen wird die zu beschichten de Substrat- oder Körperoberfläche anschließend auf eine Tempe ratur größer 150°C aufgeheizt, ohne das Vakuum zu unterbrechen. This occurs when coating substrates made of silicon Deposition either under ambient temperatures or with a Temperature of the substrate surface greater than 150 ° C and Kör steel core at ambient temperatures. In the cases of loading stratification under ambient temperatures will coat the de substrate or body surface then on a tempe heated to temperatures above 150 ° C without interrupting the vacuum.
Nachfolgend wird auf dieser haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) ohne Unterbrechung des Vakuums mittels ionen gestützter Laserpulsabscheidung bei gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß der aufwachsenden Schicht mit Ionenenergien im Bereich von 300 bis 1000 eV, Ionenstrom dichten von 50 bis 1000 µA/cm2, mit einem Ionen/Targetatom-Ver hältnis größer 1, geringen Aufwachsraten bis 10 nm/min und bei Substrat- oder Körperoberflächentemperaturen oberhalb 150°C die Nukleation der kubischen Bornitridphase realisiert. Dabei entsteht auf der haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN- Schicht) zunächst eine vorzugsweise mit der c-Achse parallel zur Werkstückoberfläche orientierte hexagonale Bornitridzwi schenschicht (h-BN-Schicht), auf der die Nukleation der ku bischen Bornitridphase erfolgt.Subsequently, on this adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) without interrupting the vacuum by means of ion-assisted laser pulse deposition with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer with ion energies in the range from 300 to 1000 eV, ion current densities from 50 to 1000 µA / cm 2 , with an ion / target atom ratio greater than 1, low growth rates up to 10 nm / min and at substrate or body surface temperatures above 150 ° C the nucleation of the cubic boron nitride phase is realized. This creates on the adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) a hexagonal boron nitride intermediate layer (h-BN layer), preferably oriented with the c-axis parallel to the workpiece surface, on which the nucleation of the cubic boron nitride phase takes place.
Nach der Nukleation der kubischen Bornitridphase erfolgt die weitere Abscheidung der kubischen Bornitridschicht (c-BN- Schicht). Das erfolgt entweder zeitlich unmittelbar anschlie ßend ohne Unterbrechung des Vakuums oder nach einer Zwischen lagerung des Substrats oder Werkstücks. Dazu wird die ionen gestützte Laserpulsabscheidung bei gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß bei Ionenenergien im Be reich von 300 bis 1000 eV, Ionenstromdichten von 50 bis 1000 µA/cm2 und Substrat- oder Körperoberflächentemperaturen oberhalb 150°C entweder bei einem Ionen/Targetatom-Verhältnis größer 1 und geringen Aufwachsraten bis 10 nm/min oder bei einem Ionen/Targetatom-Verhältnis kleiner 1 und höheren Auf wachsraten bis zu 20 nm/min, realisiert durch Erhöhung der Energiefluenz und/oder der Pulsfolgefrequenz des zur Laserpuls abscheidung verwendeten Lasers bei unveränderten Ionenstrahl parametern oder verringerter Ionenstromdichte eingesetzt.After the cubic boron nitride phase has nucleated, the cubic boron nitride layer (c-BN layer) is further deposited. This is done either immediately afterwards without interrupting the vacuum or after intermediate storage of the substrate or workpiece. For this purpose, the ion-assisted laser pulse deposition with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment at ion energies in the range from 300 to 1000 eV, ion current densities from 50 to 1000 µA / cm 2 and substrate or body surface temperatures above 150 ° C either with an ion / Target atom ratio greater than 1 and low growth rates up to 10 nm / min or with an ion / target atom ratio less than 1 and higher growth rates up to 20 nm / min, realized by increasing the energy fluence and / or the pulse repetition frequency of the laser used for laser pulse deposition used with unchanged ion beam parameters or reduced ion current density.
Das Bornitridschichtsystem mit hoher Haftfestigkeit ist in
einem zweiten Ausführungsbeispiel für den Einsatz als ver
schleißarme und/oder chemisch resistente Schichten auf elek
trisch leitenden, halbleitenden oder isolierenden Substrat-
oder Körperoberflächen insbesondere von Werkzeugen geeignet.
Auf der in einer Vakuumbeschichtungsanlage durch Ionenbeschuß
gereinigten und aktivierten Körperoberfläche ist ein Schicht
system bestehend aus einer
The boron nitride layer system with high adhesive strength is suitable in a second exemplary embodiment for use as low-wear and / or chemically resistant layers on electrically conductive, semiconducting or insulating substrate or body surfaces, in particular of tools. On the body surface cleaned and activated by ion bombardment in a vacuum coating system is a layer system consisting of a
- - mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung entweder von einem Bornitridtarget ohne Ionenbeschuß in Stickstoffatmos phäre, im Stickstoffplasma oder mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß der aufwachsenden Schicht oder von einem Borkarbid- oder Bortarget mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß der aufwachs enden Schicht abgeschiedenen haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) mit amorpher bis turbostratischer kristalliner Struktur,- by means of ion-assisted laser pulse deposition either from a boron nitride target without ion bombardment in nitrogen atmosphere sphere, in nitrogen plasma or with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer or from a boron carbide or boron target with simultaneous Nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment that grows up end layer deposited adhesion promoting boron nitride layer (l-BN layer) with amorphous to turbostratic crystalline Structure,
- - durch Nukleation auf dieser haftvermittelnden Bornitrid schicht (l-BN-Schicht) mittels ionengestützter Laserpulsab scheidung, ionen- oder plasmagestützter Beschichtungsverfahren durch Ionenbeschuß der aufwachsenden Schichtoberfläche bei einem Verhältnis von auf die Schichtoberfläche auftreffenden Ionen zu Targetatomen größer 1, geringen Abscheideraten und Substrat- oder Körperoberflächentemperaturen oberhalb 150°C vorzugsweise auf einer mit der c-Achse parallel zur Körperober fläche orientierten, zunächst auf der haftvermittelnden Bor nitridschicht (l-BN-Schicht) aufwachsenden, hexagonalen Bor nitridzwischenschicht (h-BN-Schicht) erzeugten kubischen Bor nitridphase und- by nucleation on this adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) using ion-assisted laser pulses divorce, ion or plasma-assisted coating processes by ion bombardment of the growing layer surface a ratio of those striking the layer surface Ions to target atoms greater than 1, low deposition rates and Substrate or body surface temperatures above 150 ° C preferably on one with the c-axis parallel to the upper body area-oriented, initially on the adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) growing, hexagonal boron intermediate nitride layer (h-BN layer) produced cubic boron nitride phase and
- - nach der Nukleation der kubischen Bornitridphase entweder mit den Parametern für die Nukleation oder bei geringeren Verhält nissen von Ionen zu Targetatomen kleiner 1 und höheren Auf wachsraten mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung, CVD- Verfahren, ionen- oder plasmagestützter Beschichtungsverfahren abgeschiedenen kubischen Bornitridschicht (c-BN-Schicht) an geordnet.- after nucleation of the cubic boron nitride phase either with the parameters for the nucleation or at lower ratios ions from target atoms smaller than 1 and higher wax rates using ion-assisted laser pulse deposition, CVD Processes, ion- or plasma-supported coating processes deposited cubic boron nitride layer (c-BN layer) orderly.
Das Schichtsystem befindet sich auf der Bearbeitungsfläche, -kante oder -schneide des Werkzeuges und die c-BN-Schicht be sitzt eine Dicke größer 100 nm bis mehrere Mikrometer. The layer system is on the processing surface, edge or cutting edge of the tool and the c-BN layer is a thickness greater than 100 nm to several micrometers.
Das Bornitridschichtsystem mit hoher Haftfestigkeit eines
dritten Ausführungsbeispiels ist für optische Schichten auf
elektrisch leitenden, halbleitenden oder isolierenden Sub
stratoberflächen von optischen Bauelementen geeignet.
Auf der in einer Vakuumbeschichtungsanlage durch Ionenbeschuß
gereinigten und aktivierten Substratoberfläche ist mindestens
ein Schichtsystem bestehend aus einer
The boron nitride layer system with high adhesive strength of a third exemplary embodiment is suitable for optical layers on electrically conductive, semiconducting or insulating substrate surfaces of optical components. On the substrate surface cleaned and activated by ion bombardment in a vacuum coating system, there is at least one layer system consisting of one
- - haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht), deren Dicke wenige Nanometer beträgt,- Bonding boron nitride layer (l-BN layer), the Thickness is a few nanometers,
- - hexagonalen Bornitridzwischenschicht (h-BN-Schicht) und- Hexagonal boron nitride intermediate layer (h-BN layer) and
- - kubischen Bornitridschicht (c-BN-Schicht) entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiels angeordnet.- Cubic boron nitride layer (c-BN layer) corresponding to the arranged first and second embodiment.
Die Anzahl der Schichtsysteme und die Dicken der einzelnen Schichten des Schichtsystems richten sich nach den für die Anwendung vorgegebenen optischen Wellenlängenbereichen und dem Einsatzzweck des optischen Bauelements.The number of layer systems and the thickness of each Layers of the layer system are based on those for the Application of predetermined optical wavelength ranges and Purpose of the optical component.
Claims (11)
- - daß in einer Vakuumbeschichtungsanlage die zu beschichtende Substrat- oder Körperoberfläche durch Ionenbeschuß gereinigt und aktiviert wird,
- - daß eine haftvermittelnde Bornitridschicht (l-BN-Schicht) mit amorpher bis turbostratischer kristalliner Struktur mittels Laserpulsabscheidung entweder von einem Bornitridtarget ohne Ionenbeschuß in Stickstoffatmosphäre, im Stickstoffplasma oder mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionen beschuß der aufwachsenden Schicht oder von einem Borkarbid- oder Bortarget mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stick stoff/Edelgas-Ionenbeschuß der aufwachsenden Schicht auf die geheizte oder ungeheizte Substrat- oder Körperoberfläche abgeschieden,
- - daß die Nukleation einer kubischen Bornitridschichtphase auf dieser haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung oder mittels ionen- oder plasmagestützter Beschichtungsverfahren durch Ionenbeschuß der aufwachsenden Schichtoberfläche bei einem Verhältnis von auf die Schichtoberfläche auftreffenden Ionen zu Targetatomen größer 1, geringen Abscheideraten und Substrat- oder Körperoberflächentemperaturen oberhalb 150°C vorzugsweise auf einer mit der c-Achse parallel zur Substrat- oder Körper oberfläche orientierten, zunächst auf der haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) aufwachsenden, hexagonalen Bornitridzwischenschicht (h-BN-Schicht) realisiert und
- - daß nach der Nukleation der kubischen Bornitridphase eine kubische Bornitridschicht (c-BN-Schicht) entweder mit den Parametern für die Nukleation oder bei geringeren Verhältnissen von Ionen zu Targetatomen kleiner 1 und höheren Aufwachsraten mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung, CVD-Verfahren, ionen- oder plasmagestützter Beschichtungsverfahren abgeschieden wird.
- that the substrate or body surface to be coated is cleaned and activated by ion bombardment in a vacuum coating system,
- - That an adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) with an amorphous to turbostratic crystalline structure by means of laser pulse deposition either from a boron nitride target without ion bombardment in a nitrogen atmosphere, in a nitrogen plasma or with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer or from a boron carbide - or boron target with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer deposited on the heated or unheated substrate or body surface,
- - That the nucleation of a cubic boron nitride layer phase on this adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) by means of ion-assisted laser pulse deposition or by means of ion or plasma-assisted coating methods by ion bombardment of the growing layer surface with a ratio of ions impinging on the layer surface to target atoms greater than 1, low deposition rates and Realizes substrate or body surface temperatures above 150 ° C preferably on a hexagonal boron nitride intermediate layer (h-BN layer) oriented with the c-axis parallel to the substrate or body surface and initially growing on the adhesion-promoting boron nitride layer (I-BN layer)
- - That after the nucleation of the cubic boron nitride phase, a cubic boron nitride layer (c-BN layer) either with the parameters for the nucleation or with lower ratios of ions to target atoms less than 1 and higher growth rates by means of ion-assisted laser pulse deposition, CVD methods, ion or plasma-assisted Coating process is deposited.
- - daß auf der in einer Vakuumbeschichtungsanlage durch Ionen beschuß gereinigten und aktivierten Substrat- oder Körperober fläche nacheinander eine
- - mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung entweder von einem Bornitridtarget ohne Ionenbeschuß in Stickstoff atmosphäre, im Stickstoffplasma oder mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß der auf wachsenden Schicht oder von einem Borkarbid- oder Bortarget mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionen beschuß der aufwachsenden Schicht abgeschiedene haftver mittelnde Bornitridschicht (l-BN-Schicht) mit amorpher bis turbostratischer kristalliner Struktur,
- - durch Nukleation auf dieser haftvermittelnden Bornitrid schicht (l-BN-Schicht) mittels ionengestützter Laserpuls abscheidung, ionen- oder plasmagestützter Beschichtungs verfahren durch Ionenbeschuß der aufwachsenden Schichtober fläche bei einem Verhältnis von auf die Schichtoberfläche auf treffenden Ionen zu Targetatomen größer 1, geringen Abscheide raten und Substrat- oder Körperoberflächentemperaturen oberhalb 150°C vorzugsweise auf einer mit der c-Achse parallel zur Körperoberfläche orientierten, zunächst auf der haftver mittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) aufwachsenden, hexagonalen Bornitridzwischenschicht (h-BN-Schicht) erzeugte kubische Bornitridphase und
- - nach der Nukleation der kubischen Bornitridphase entweder mit den Parametern für die Nukleation oder bei geringeren Verhält nissen von Ionen zu Targetatomen kleiner 1 und höheren Auf wachsraten mittels ionengestützter Laserpulsabscheidung, CVD- Verfahren, ionen- oder plasmagestützter Beschichtungsverfahren abgeschiedene kubische Bornitridschicht (c-BN-Schicht) ange ordnet sind.
- - That on the cleaned in a vacuum coating system by ion bombarded and activated substrate or body surface one after the other
- - By means of ion-assisted laser pulse deposition either from a boron nitride target without ion bombardment in a nitrogen atmosphere, in a nitrogen plasma or with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer or from a boron carbide or boron target with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ions growing layer deposited adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) with an amorphous to turbostratic crystalline structure,
- - by nucleation on this adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) by means of ion-assisted laser pulse deposition, ion or plasma-assisted coating process by ion bombardment of the growing layer surface with a ratio of ions striking the layer surface to target atoms greater than 1, low deposition rates and substrate or body surface temperatures above 150 ° C., preferably on a hexagonal boron nitride intermediate layer (h-BN layer), which is generated with a cagonal axis parallel to the body surface and initially growing on the adhesion-promoting boron nitride layer (I-BN layer) and
- - After the nucleation of the cubic boron nitride phase either with the parameters for the nucleation or at lower ratios of ions to target atoms less than 1 and higher growth rates by means of ion-assisted laser pulse deposition, CVD processes, ion or plasma-supported coating processes, deposited cubic boron nitride layer (c-BN- Layer) are arranged.
- - daß von einem Bornitridtarget ohne Ionenbeschuß in Stick stoffatmosphäre, im Stickstoffplasma oder mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß der auf wachsenden Schicht oder von einem Borkarbid- oder Bortarget mit gleichzeitigem Stickstoff- oder Stickstoff/Edelgas-Ionenbeschuß der aufwachsenden Schicht eine haftvermittelnde Bornitrid schicht (l-BN-Schicht) mit amorpher bis turbostratischer kristalliner Struktur auf ungeheizten oder geheizten Substrat- oder Körperoberflächen erzeugt,
- - daß die Nukleation einer kubischen Bornitridphase auf dieser haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) durch Ionen beschuß der aufwachsenden Schichtoberfläche bei einem Verhält nis von auf die Schichtoberfläche auftreffenden Ionen zu Targetatomen größer 1, geringen Abscheideraten und Substrat- oder Körperoberflächentemperaturen oberhalb 150°C vorzugsweise auf einer mit der c-Achse parallel zur Substrat- oder Körper oberfläche orientierten, zunächst auf der haftvermittelnden Bornitridschicht (l-BN-Schicht) aufwachsenden, hexagonalen Bornitridzwischenschicht (h-BN-Schicht) realisiert und
- - daß nach der Nukleation der kubischen Bornitridphase eine kubische Bornitridschicht (h-BN-Schicht) entweder mit den Parametern für die Nukleation oder bei geringeren Verhältnissen von Ionen zu Targetatomen kleiner 1 und höheren Aufwachsraten erzeugt werden.
- - That of a boron nitride target without ion bombardment in a nitrogen atmosphere, in nitrogen plasma or with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer or from a boron carbide or boron target with simultaneous nitrogen or nitrogen / noble gas ion bombardment of the growing layer an adhesion promoter Boron nitride layer (l-BN layer) with amorphous to turbostratic crystalline structure produced on unheated or heated substrate or body surfaces,
- - That the nucleation of a cubic boron nitride phase on this adhesion-promoting boron nitride layer (l-BN layer) by ion bombardment of the growing layer surface at a ratio of ions striking the layer surface to target atoms greater than 1, low deposition rates and substrate or body surface temperatures above 150 ° C. preferably realized on a hexagonal boron nitride intermediate layer (h-BN layer) oriented with the c-axis parallel to the substrate or body surface and initially growing on the adhesion-promoting boron nitride layer (I-BN layer) and
- - That after the nucleation of the cubic boron nitride phase, a cubic boron nitride layer (h-BN layer) is generated either with the parameters for the nucleation or with lower ratios of ions to target atoms less than 1 and higher growth rates.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998133123 DE19833123A1 (en) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Adherent cubic boron nitride layer production, especially for iron alloy machining tools or optical components, comprises initially depositing an adhesion promoting boron nitride layer by pulsed laser deposition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998133123 DE19833123A1 (en) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Adherent cubic boron nitride layer production, especially for iron alloy machining tools or optical components, comprises initially depositing an adhesion promoting boron nitride layer by pulsed laser deposition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19833123A1 true DE19833123A1 (en) | 2000-01-27 |
Family
ID=7875023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1998133123 Withdrawn DE19833123A1 (en) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Adherent cubic boron nitride layer production, especially for iron alloy machining tools or optical components, comprises initially depositing an adhesion promoting boron nitride layer by pulsed laser deposition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19833123A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1609588A1 (en) * | 2004-06-22 | 2005-12-28 | Boegli-Gravures S.A. | Apparatus and method for satin-finishing and embossing flat materials |
| US20110223332A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-15 | Korea Institute Of Science And Technology | Method for depositing cubic boron nitride thin film |
| EP2085573A3 (en) * | 2008-02-04 | 2012-01-25 | General Electric Company | Method for forming a steam turbine bucket with erosion durability |
| DE10342401B4 (en) * | 2003-09-13 | 2014-10-30 | Schott Ag | Composite materials having a morphology-influencing layer, process for their preparation and use of the composite material |
| CN108642448A (en) * | 2018-05-16 | 2018-10-12 | 山东大学 | A kind of vacuum production method of low-resistivity N-shaped cuprous oxide film |
-
1998
- 1998-07-23 DE DE1998133123 patent/DE19833123A1/en not_active Withdrawn
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| CN108642448B (en) * | 2018-05-16 | 2019-12-27 | 山东大学 | Vacuum preparation method of low-resistivity n-type cuprous oxide film |
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